Question
upstudy study bank question image url

Найти значение матричного многочлена \( f(\mathrm{~A}) \), если. \( f(x)=-2 x^{3}-3 x^{2}+x-3, A=\left(\begin{array}{cc}3 & -2 \\ 4 & 2\end{array}\right) \)

Ask by Kelley Dickson. in Russia
Jan 23,2025

Real Tutor Solution

Tutor-Verified Answer

Answer

\( f(\mathrm{A}) = \begin{pmatrix} 71 & 72 \\ -144 & 107 \end{pmatrix} \)

Solution

Для нахождения значения матричного многочлена \( f(\mathrm{A}) = -2\mathrm{A}^3 - 3\mathrm{A}^2 + \mathrm{A} - 3\mathrm{I} \), где \[ \mathrm{A} = \begin{pmatrix} 3 & -2 \\ 4 & 2 \end{pmatrix}, \] используем теорему Кэли-Гамильтона. 1. **Найдем характеристический многочлен матрицы A:** \[ \det(\mathrm{A} - \lambda \mathrm{I}) = (3 - \lambda)(2 - \lambda) - (-2)(4) = \lambda^2 - 5\lambda + 14. \] Таким образом, по теореме Кэли-Гамильтона имеем: \[ \mathrm{A}^2 = 5\mathrm{A} - 14\mathrm{I}. \] 2. **Вычислим \(\mathrm{A}^3\):** \[ \mathrm{A}^3 = \mathrm{A} \cdot \mathrm{A}^2 = \mathrm{A}(5\mathrm{A} - 14\mathrm{I}) = 11\mathrm{A} - 70\mathrm{I}. \] 3. **Подставим найденные выражения в многочлен \(f(\mathrm{A})\):** \[ f(\mathrm{A}) = -2(11\mathrm{A} - 70\mathrm{I}) - 3(5\mathrm{A} - 14\mathrm{I}) + \mathrm{A} - 3\mathrm{I} = -36\mathrm{A} + 179\mathrm{I}. \] 4. **Вычислим итоговую матрицу:** \[ -36\mathrm{A} + 179\mathrm{I} = -36 \begin{pmatrix} 3 & -2 \\ 4 & 2 \end{pmatrix} + 179 \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 71 & 72 \\ -144 & 107 \end{pmatrix}. \] **Ответ:** \[ f(\mathrm{A}) = \begin{pmatrix} 71 & 72 \\ -144 & 107 \end{pmatrix} \]

Reviewed and approved by the UpStudy tutoring team

error msg
Explain
Simplify this solution

The Deep Dive

Чтобы найти значение матричного многочлена \( f(\mathrm{A}) \), нужно сначала подставить матрицу \( A \) в многочлен \( f(x) \). Для этого вычислим последовательно \( A^2 \) и \( A^3 \). 1. Вычислим \( A^2 \): \[ A^2 = A \cdot A = \begin{pmatrix} 3 & -2 \\ 4 & 2 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 3 & -2 \\ 4 & 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 \cdot 3 + (-2) \cdot 4 & 3 \cdot (-2) + (-2) \cdot 2 \\ 4 \cdot 3 + 2 \cdot 4 & 4 \cdot (-2) + 2 \cdot 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 9 - 8 & -6 - 4 \\ 12 + 8 & -8 + 4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & -10 \\ 20 & -4 \end{pmatrix} \] 2. Теперь вычислим \( A^3 \): \[ A^3 = A^2 \cdot A = \begin{pmatrix} 1 & -10 \\ 20 & -4 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 3 & -2 \\ 4 & 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 \cdot 3 + (-10) \cdot 4 & 1 \cdot (-2) + (-10) \cdot 2 \\ 20 \cdot 3 + (-4) \cdot 4 & 20 \cdot (-2) + (-4) \cdot 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 - 40 & -2 - 20 \\ 60 - 16 & -40 - 8 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -37 & -22 \\ 44 & -48 \end{pmatrix} \] Теперь подставим \( A \), \( A^2 \) и \( A^3 \) в многочлен \( f(A) = -2A^3 - 3A^2 + A - 3I \), где \( I \) – единичная матрица размерности 2. 3. Вычислим \( -2A^3 \): \[ -2A^3 = -2 \begin{pmatrix} -37 & -22 \\ 44 & -48 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 74 & 44 \\ -88 & 96 \end{pmatrix} \] 4. Вычислим \( -3A^2 \): \[ -3A^2 = -3 \begin{pmatrix} 1 & -10 \\ 20 & -4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -3 & 30 \\ -60 & 12 \end{pmatrix} \] 5. Вычислим \( A \): \[ A = \begin{pmatrix} 3 & -2 \\ 4 & 2 \end{pmatrix} \] 6. Вычислим \( -3I \), где \( I = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \): \[ -3I = -3 \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -3 & 0 \\ 0 & -3 \end{pmatrix} \] Теперь складываем все матрицы, чтобы найти \( f(A) \): \[ f(A) = -2A^3 - 3A^2 + A - 3I = \begin{pmatrix} 74 & 44 \\ -88 & 96 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} -3 & 30 \\ -60 & 12 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 3 & -2 \\ 4 & 2 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} -3 & 0 \\ 0 & -3 \end{pmatrix} \] Теперь вычислим сумму: \[ = \begin{pmatrix} 74 - 3 + 3 - 3 &

Try Premium now!
Try Premium and ask Thoth AI unlimited math questions now!
Maybe later Go Premium
Study can be a real struggle
Why not UpStudy it?
Select your plan below
Premium

You can enjoy

Start now
  • Step-by-step explanations
  • 24/7 expert live tutors
  • Unlimited number of questions
  • No interruptions
  • Full access to Answer and Solution
  • Full Access to PDF Chat, UpStudy Chat, Browsing Chat
Basic

Totally free but limited

  • Limited Solution
Welcome to UpStudy!
Please sign in to continue the Thoth AI Chat journey
Continue with Email
Or continue with
By clicking “Sign in”, you agree to our Terms of Use & Privacy Policy